Supercordes dans l'univers. Définition de l'espace et du temps

La science est un domaine immense et une énorme quantité de recherches et de découvertes sont réalisées chaque jour, et il convient de noter que certaines théories semblent intéressantes, mais en même temps elles n'ont pas de réelle confirmation et semblent « rester en suspens ». air."

Qu’est-ce que la théorie des cordes ?

La théorie physique qui représente les particules sous forme de vibration est appelée théorie des cordes. Ces vagues n'ont qu'un seul paramètre : la longitude, et aucune hauteur ni largeur. Pour comprendre ce qu’est la théorie des cordes, nous devons examiner les principales hypothèses qu’elle décrit.

On suppose que tout ce qui nous entoure est constitué de fils qui vibrent et de membranes d’énergie.
Essaie de combiner la relativité générale et la physique quantique.
La théorie des cordes offre une chance d’unifier toutes les forces fondamentales de l’Univers.
Prédit le couplage symétrique entre différents types de particules : bosons et fermions.
Offre l’occasion de décrire et d’imaginer des dimensions de l’Univers qui n’ont jamais été observées auparavant.

Théorie des cordes : qui l’a découverte ?

La théorie quantique des cordes a été créée en 1960 pour expliquer les phénomènes de la physique hadronique. A cette époque, il a été développé par : G. Veneziano, L. Susskind, T. Goto et d'autres.
Les scientifiques D. Schwartz, J. Scherk et T. Enet ont expliqué ce qu'est la théorie des cordes, puisqu'ils développaient l'hypothèse des cordes bosoniques, et cela s'est produit 10 ans plus tard.
En 1980, deux scientifiques : M. Green et D. Schwartz ont identifié la théorie des supercordes, qui présentaient des symétries uniques.
Les recherches sur l'hypothèse proposée sont toujours en cours, mais elles n'ont pas encore été prouvées.

Théorie des cordes - philosophie

Il existe une direction philosophique qui a un lien avec la théorie des cordes, et elle s'appelle la monade. Cela implique l’utilisation de symboles afin de compacter n’importe quelle quantité d’informations. La monade et la théorie des cordes utilisent les opposés et les dualités en philosophie. Le symbole de monade simple le plus populaire est le Yin-Yang. Les experts ont proposé de représenter la théorie des cordes sur une monade volumétrique et non plate, et les cordes deviendront alors une réalité, même si leur longueur sera minuscule.

Si une monade volumétrique est utilisée, alors la ligne séparant le Yin-Yang sera un plan, et lors de l'utilisation d'une monade multidimensionnelle, un volume enroulé en spirale est obtenu. Il n'y a pas encore de travaux sur la philosophie relative aux monades multidimensionnelles - c'est un domaine d'étude future. Les philosophes croient que la cognition est un processus sans fin et qu'en essayant de créer un modèle unifié de l'univers, une personne sera surprise plus d'une fois et changera ses concepts de base.

Inconvénients de la théorie des cordes

Étant donné que l'hypothèse proposée par un certain nombre de scientifiques n'est pas confirmée, il est tout à fait compréhensible qu'il existe un certain nombre de problèmes indiquant la nécessité de l'affiner.

La théorie des cordes comporte des erreurs, par exemple, lors des calculs, un nouveau type de particules a été découvert - les tachyons, mais ils ne peuvent pas exister dans la nature, car le carré de leur masse est inférieur à zéro et la vitesse de déplacement est supérieure à la vitesse de lumière.
La théorie des cordes ne peut exister que dans un espace à dix dimensions, mais la question pertinente est alors : pourquoi une personne ne perçoit-elle pas d’autres dimensions ?

Théorie des cordes - preuve

Les deux principales conventions physiques sur lesquelles reposent les preuves scientifiques sont en réalité opposées, car elles représentent différemment la structure de l’univers au niveau micro. Pour les essayer, la théorie des cordes cosmiques a été proposée. À bien des égards, cela semble fiable, non seulement en mots, mais aussi en calculs mathématiques, mais aujourd'hui, une personne n'a pas la possibilité de le prouver pratiquement. Si des cordes existent, elles se situent à un niveau microscopique et il n’existe pas encore de capacité technique permettant de les reconnaître.

La théorie des cordes et Dieu

Le célèbre physicien théoricien M. Kaku a proposé une théorie dans laquelle il utilise l'hypothèse des cordes pour prouver l'existence de Dieu. Il est arrivé à la conclusion que tout dans le monde fonctionne selon certaines lois et règles établies par un seul Esprit. Selon Kaku, la théorie des cordes et les dimensions cachées de l’Univers contribueront à créer une équation qui unifiera toutes les forces de la nature et nous permettra de comprendre l’esprit de Dieu. Il concentre son hypothèse sur les particules tachyoniques, qui se déplacent plus vite que la lumière. Einstein a également déclaré que si de telles pièces étaient découvertes, il serait possible de remonter le temps.

Après avoir mené une série d'expériences, Kaku a conclu que la vie humaine est régie par des lois stables et ne réagit pas aux accidents cosmiques. La théorie des cordes de la vie existe et elle est associée à une force inconnue qui contrôle la vie et la rend entière. À son avis, c'est ce dont il s'agit. Kaku est sûr que l'Univers est constitué de cordes vibrantes qui émanent de l'esprit du Tout-Puissant.

Écologie de la connaissance : Le plus gros problème pour les physiciens théoriciens est de savoir comment combiner toutes les interactions fondamentales (gravitationnelles, électromagnétiques, faibles et fortes) en une seule théorie. La théorie des supercordes prétend être la théorie du tout

Compter de trois à dix

Le plus gros problème pour les physiciens théoriciens est de savoir comment combiner toutes les interactions fondamentales (gravitationnelles, électromagnétiques, faibles et fortes) en une seule théorie. La théorie des supercordes prétend être la théorie du tout.

Mais il s’est avéré que le nombre le plus pratique de dimensions requis pour que cette théorie fonctionne est de dix (dont neuf spatiales et une temporelle) ! S'il y a plus ou moins de dimensions, les équations mathématiques donnent des résultats irrationnels qui vont à l'infini – une singularité.

La prochaine étape du développement de la théorie des supercordes - la théorie M - compte déjà onze dimensions. Et une autre version de celle-ci - la théorie F - toutes les douze. Et ce n’est pas du tout une complication. La théorie F décrit un espace à 12 dimensions avec des équations plus simples que la théorie M décrit un espace à 11 dimensions.

Bien entendu, la physique théorique n’est pas qualifiée de théorique pour rien. Toutes ses réalisations n'existent jusqu'à présent que sur papier. Ainsi, pour expliquer pourquoi nous ne pouvons nous déplacer que dans un espace tridimensionnel, les scientifiques ont commencé à expliquer que les malheureuses dimensions restantes avaient dû se réduire en sphères compactes au niveau quantique. Pour être précis, non pas en sphères, mais en espaces Calabi-Yau. Ce sont des figures tridimensionnelles, à l’intérieur desquelles se trouve leur propre monde avec sa propre dimension. Une projection bidimensionnelle d’une telle variété ressemble à ceci :

Plus de 470 millions de ces chiffres sont connus. Lequel d'entre eux correspond à notre réalité est en cours de calcul. Il n'est pas facile d'être un physicien théoricien.

Oui, cela semble un peu tiré par les cheveux. Mais c’est peut-être précisément ce qui explique pourquoi le monde quantique est si différent de celui que nous percevons.

Point, point, virgule

Recommencer. La dimension zéro est un point. Elle n'a pas de taille. Il n'y a nulle part où se déplacer, aucune coordonnée n'est nécessaire pour indiquer l'emplacement dans une telle dimension.

Plaçons-en un deuxième à côté du premier point et traçons une ligne à travers eux. Voici la première dimension. Un objet unidimensionnel a une taille - longueur, mais pas de largeur ni de profondeur. Les déplacements dans un espace unidimensionnel sont très limités, car un obstacle survenant sur le chemin ne peut être évité. Pour déterminer l'emplacement sur ce segment, vous n'avez besoin que d'une seule coordonnée.

Mettons un point à côté du segment. Pour adapter ces deux objets, nous aurons besoin d’un espace bidimensionnel avec une longueur et une largeur, c’est-à-dire une aire, mais sans profondeur, c’est-à-dire un volume. L'emplacement de n'importe quel point sur ce champ est déterminé par deux coordonnées.

La troisième dimension apparaît lorsque nous ajoutons un troisième axe de coordonnées à ce système. Il est très facile pour nous, résidents de l'univers tridimensionnel, d'imaginer cela.

Essayons d'imaginer comment les habitants d'un espace bidimensionnel voient le monde. Par exemple, ces deux hommes :

Chacun d'eux verra son camarade ainsi :

Et dans cette situation :

Nos héros se verront ainsi :

C'est le changement de point de vue qui permet à nos héros de se juger comme des objets bidimensionnels, et non comme des segments unidimensionnels.

Imaginons maintenant qu’un certain objet volumétrique se déplace dans la troisième dimension, qui croise ce monde bidimensionnel. Pour un observateur extérieur, ce mouvement se traduira par un changement des projections bidimensionnelles de l'objet sur l'avion, comme un brocoli dans un appareil IRM :

Mais pour un habitant de notre Flatland, une telle image est incompréhensible ! Il ne peut même pas l'imaginer. Pour lui, chacune des projections bidimensionnelles sera considérée comme un segment unidimensionnel de longueur mystérieusement variable, apparaissant dans un endroit imprévisible et disparaissant également de manière imprévisible. Les tentatives visant à calculer la longueur et le lieu d'origine de tels objets en utilisant les lois de la physique de l'espace bidimensionnel sont vouées à l'échec.

Nous, habitants du monde tridimensionnel, voyons tout comme étant bidimensionnel. Seul le déplacement d'un objet dans l'espace permet de ressentir son volume. Nous verrons également tout objet multidimensionnel comme bidimensionnel, mais il changera de manière surprenante en fonction de notre relation avec lui ou du temps.

De ce point de vue, il est intéressant de penser, par exemple, à la gravité. Tout le monde a probablement vu des images comme celle-ci :

Ils décrivent généralement comment la gravité courbe l’espace-temps. Ça se plie... où ? Exactement pas dans aucune des dimensions qui nous sont familières. Et qu’en est-il du tunnel quantique, c’est-à-dire de la capacité d’une particule à disparaître à un endroit et à apparaître à un endroit complètement différent, et derrière un obstacle à travers lequel, dans nos réalités, elle ne pourrait pas pénétrer sans y faire un trou ? Et les trous noirs ? Et si tous ces mystères et d’autres de la science moderne s’expliquaient par le fait que la géométrie de l’espace n’est pas du tout la même que celle que nous avons l’habitude de percevoir ?

L'horloge tourne

Le temps ajoute une autre coordonnée à notre Univers. Pour qu'une fête ait lieu, vous devez savoir non seulement dans quel bar elle aura lieu, mais aussi l'heure exacte de cet événement.

D’après notre perception, le temps n’est pas tant une ligne droite qu’un rayon. Autrement dit, il a un point de départ et le mouvement s'effectue dans une seule direction - du passé vers le futur. De plus, seul le présent est réel. Ni le passé ni le futur n'existent, tout comme les petits-déjeuners et les dîners n'existent pas du point de vue d'un employé de bureau pendant sa pause déjeuner.

Mais la théorie de la relativité n’est pas d’accord avec cela. De son point de vue, le temps est une dimension à part entière. Tous les événements qui ont existé, existent et existeront sont également réels, tout comme la plage de la mer est réelle, quel que soit l'endroit exact où les rêves du bruit des vagues nous ont surpris. Notre perception est quelque chose comme un projecteur qui éclaire un certain segment sur une ligne droite du temps. L’humanité dans sa quatrième dimension ressemble à ceci :

Mais nous ne voyons qu’une projection, une tranche de cette dimension à chaque instant individuel. Oui, oui, comme du brocoli dans un appareil IRM.

Jusqu’à présent, toutes les théories fonctionnaient avec un grand nombre de dimensions spatiales, et la dimension temporelle était toujours la seule. Mais pourquoi l’espace autorise-t-il plusieurs dimensions, mais une seule fois ? Jusqu’à ce que les scientifiques puissent répondre à cette question, l’hypothèse de deux espaces temporels ou plus semblera très attrayante à tous les philosophes et écrivains de science-fiction. Et les physiciens aussi, et alors ? Par exemple, l’astrophysicien américain Itzhak Bars considère que la racine de tous les problèmes liés à la théorie du tout est la seconde dimension temporelle négligée. Comme exercice mental, essayons d'imaginer un monde à deux temps.

Chaque dimension existe séparément. Cela s'exprime par le fait que si nous modifions les coordonnées d'un objet dans une dimension, les coordonnées dans d'autres peuvent rester inchangées. Ainsi, si vous vous déplacez le long d'un axe du temps qui en coupe un autre à angle droit, alors au point d'intersection, le temps s'arrêtera. En pratique, cela ressemblera à ceci :

Tout ce que Neo avait à faire était de placer son axe temporel unidimensionnel perpendiculairement à l'axe temporel des balles. Une simple bagatelle, vous en conviendrez. En réalité, tout est bien plus compliqué.

L’heure exacte dans un univers à deux dimensions temporelles sera déterminée par deux valeurs. Est-il difficile d’imaginer un événement en deux dimensions ? C’est-à-dire qui s’étend simultanément sur deux axes temporels ? Il est probable qu’un tel monde nécessiterait des spécialistes capables de cartographier le temps, tout comme les cartographes cartographient la surface bidimensionnelle du globe.

Qu’est-ce qui distingue l’espace bidimensionnel de l’espace unidimensionnel ? La capacité de contourner un obstacle, par exemple. Cela dépasse complètement les limites de notre esprit. Un habitant d’un monde unidimensionnel ne peut pas imaginer ce que c’est que de franchir un cap. Et qu’est-ce que c’est – un angle dans le temps ? De plus, dans un espace bidimensionnel, vous pouvez voyager en avant, en arrière ou même en diagonale. Je n'ai aucune idée de ce que ça fait de traverser le temps en diagonale. Sans parler du fait que le temps est sous-jacent à de nombreuses lois physiques, et il est impossible d'imaginer comment la physique de l'Univers changera avec l'avènement d'une autre dimension temporelle. Mais c’est tellement excitant d’y penser !

Très grande encyclopédie

D'autres dimensions n'ont pas encore été découvertes et n'existent que dans des modèles mathématiques. Mais vous pouvez essayer de les imaginer ainsi.

Comme nous l’avons découvert plus tôt, nous voyons une projection tridimensionnelle de la quatrième dimension (temporelle) de l’Univers. En d’autres termes, chaque instant de l’existence de notre monde est un point (semblable à la dimension zéro) dans la période allant du Big Bang à la fin du monde.

Ceux d’entre vous qui ont lu des articles sur le voyage dans le temps savent quel rôle important y joue la courbure du continuum espace-temps. Il s'agit de la cinquième dimension - c'est dans elle que l'espace-temps à quatre dimensions est « courbé » afin de rapprocher deux points de cette ligne. Sans cela, les déplacements entre ces points seraient trop longs, voire impossibles. En gros, la cinquième dimension est similaire à la seconde : elle déplace la ligne « unidimensionnelle » de l'espace-temps dans un plan « bidimensionnel » avec tout ce que cela implique sous la forme de la capacité de franchir un cap.

Un peu plus tôt, nos lecteurs particulièrement philosophiques ont probablement réfléchi à la possibilité du libre arbitre dans des conditions où l'avenir existe déjà, mais n'est pas encore connu. La science répond à cette question de cette façon : les probabilités. L’avenir n’est pas un bâton, mais tout un balai de scénarios possibles. Nous découvrirons lequel se réalisera une fois sur place.

Chacune des probabilités existe sous la forme d'un segment « unidimensionnel » sur le « plan » de la cinquième dimension. Quel est le moyen le plus rapide de passer d’un segment à un autre ? C'est vrai : pliez cet avion comme une feuille de papier. Où dois-je le plier ? Et encore une fois correctement - dans la sixième dimension, ce qui donne du « volume » à toute cette structure complexe. Et ainsi, comme l’espace tridimensionnel, il est « fini », un nouveau point.

La septième dimension est une nouvelle ligne droite composée de « points » à six dimensions. Quel autre point sur cette ligne ? L'ensemble infini d'options pour le développement d'événements dans un autre univers, formé non pas à la suite du Big Bang, mais dans d'autres conditions et fonctionnant selon d'autres lois. Autrement dit, la septième dimension est constituée de perles provenant de mondes parallèles. La huitième dimension rassemble ces « lignes droites » en un seul « plan ». Et la neuvième peut être comparée à un livre qui contient toutes les « fiches » de la huitième dimension. C'est la totalité de toutes les histoires de tous les univers avec toutes les lois de la physique et toutes les conditions initiales. Période encore.

Ici, nous avons atteint la limite. Pour imaginer la dixième dimension, il nous faut une ligne droite. Et quel autre point pourrait-il y avoir sur cette ligne si la neuvième dimension couvre déjà tout ce qui peut être imaginé, et même ce qui est impossible à imaginer ? Il s’avère que la neuvième dimension n’est pas seulement un autre point de départ, mais le point final – du moins pour notre imagination.

La théorie des cordes affirme que c'est dans la dixième dimension que vibrent les cordes, les particules de base qui composent tout. Si la dixième dimension contient tous les univers et toutes les possibilités, alors les cordes existent partout et tout le temps. Je veux dire, chaque chaîne existe à la fois dans notre univers et dans n'importe quel autre. À tout moment. Tout de suite. Cool, ouais ? publié

Avez-vous déjà pensé que l'Univers était comme un violoncelle ? C'est vrai, elle n'est pas venue. Parce que l’Univers n’est pas comme un violoncelle. Mais cela ne veut pas dire qu’il n’y a pas de cordes. Parlons aujourd'hui de la théorie des cordes.

Bien entendu, les cordes de l’univers ne ressemblent guère à celles que nous imaginons. Dans la théorie des cordes, ce sont des fils d’énergie vibrants incroyablement petits. Ces fils ressemblent davantage à de minuscules « élastiques » qui peuvent se tortiller, s’étirer et se comprimer de toutes sortes de façons. Tout cela ne signifie cependant pas qu'il est impossible de « jouer » sur eux la symphonie de l'Univers, car, selon les théoriciens des cordes, tout ce qui existe est constitué de ces « fils ».

Contradiction physique

Dans la seconde moitié du XIXe siècle, il semblait aux physiciens que rien de sérieux ne pouvait plus être découvert dans leur science. La physique classique croyait qu'il n'y avait plus de problèmes sérieux et que la structure entière du monde ressemblait à une machine parfaitement régulée et prévisible. Le problème, comme d'habitude, est survenu à cause d'absurdités - l'un des petits « nuages » qui restaient encore dans le ciel clair et compréhensible de la science. À savoir, lors du calcul de l'énergie de rayonnement d'un corps absolument noir (un corps hypothétique qui, à n'importe quelle température, absorbe complètement le rayonnement qui lui tombe dessus, quelle que soit la longueur d'onde - NS).

Les calculs ont montré que l'énergie totale de rayonnement de tout corps absolument noir devrait être infiniment grande. Pour échapper à cette absurdité évidente, le scientifique allemand Max Planck a proposé en 1900 que la lumière visible, les rayons X et autres ondes électromagnétiques ne puissent être émises que par certaines portions discrètes d'énergie, qu'il a appelées quanta. Avec leur aide, il a été possible de résoudre le problème particulier d'un corps absolument noir. Cependant, les conséquences de l’hypothèse quantique sur le déterminisme n’étaient pas encore réalisées. Jusqu'à ce qu'en 1926, un autre scientifique allemand, Werner Heisenberg, formule le fameux principe d'incertitude.

Il n’existe aucun moyen de dire avec certitude à quel point de l’espace se trouve actuellement une particule particulière ni quel est son moment cinétique. Il n’existe qu’une certaine probabilité de trouver une particule dans de nombreuses régions de l’espace-temps. Les particules au niveau subatomique semblent être « répandues » dans tout l’espace. De plus, le « statut » des particules lui-même n’est pas défini : dans certains cas, elles se comportent comme des ondes, dans d’autres, elles présentent les propriétés de particules. C’est ce que les physiciens appellent la dualité onde-particule de la mécanique quantique.

Niveaux de la structure du monde : 1. Niveau macroscopique - matière 2. Niveau moléculaire 3. Niveau atomique - protons, neutrons et électrons 4. Niveau subatomique - électron 5. Niveau subatomique - quarks 6. Niveau cordes

Dans la théorie de la relativité générale, comme dans un État aux lois opposées, la situation est fondamentalement différente. L'espace ressemble à un trampoline : un tissu lisse qui peut être plié et étiré par des objets massifs. Ils créent des déformations dans l’espace-temps – ce que nous considérons comme la gravité. Inutile de dire que la théorie de la relativité générale, harmonieuse, correcte et prévisible, est en conflit insoluble avec le « voyou excentrique » qu’est la mécanique quantique, et, par conséquent, le monde macro ne peut pas « faire la paix » avec le monde micro. C’est là que la théorie des cordes vient à la rescousse.

Univers 2D. Graphique polyèdre E8 Théorie du Tout

La théorie des cordes incarne le rêve de tous les physiciens d’unifier les deux fondamentalement contradictoires relativité générale et mécanique quantique, un rêve qui a hanté le plus grand « gitan et vagabond » Albert Einstein jusqu’à la fin de ses jours.

De nombreux scientifiques pensent que tout, de la danse exquise des galaxies à la danse folle des particules subatomiques, peut en fin de compte être expliqué par un seul principe physique fondamental. Peut-être même une loi unique qui unit tous les types d’énergie, de particules et d’interactions dans une formule élégante.

La relativité générale décrit l'une des forces les plus célèbres de l'Univers : la gravité. La mécanique quantique décrit trois autres forces : la force nucléaire forte, qui colle les protons et les neutrons dans les atomes, l'électromagnétisme et la force faible, qui est impliquée dans la désintégration radioactive. Tout événement dans l'univers, de l'ionisation d'un atome à la naissance d'une étoile, est décrit par les interactions de la matière à travers ces quatre forces.

À l'aide des mathématiques les plus complexes, il a été possible de montrer que les interactions électromagnétiques et faibles ont une nature commune, les combinant en une seule interaction électrofaible. Par la suite, une forte interaction nucléaire leur a été ajoutée - mais la gravité ne les rejoint en aucun cas. La théorie des cordes est l'un des candidats les plus sérieux pour relier les quatre forces et, par conséquent, englober tous les phénomènes de l'Univers - ce n'est pas pour rien qu'elle est également appelée la « Théorie du Tout ».

Au début il y avait un mythe

Jusqu’à présent, tous les physiciens ne sont pas ravis de la théorie des cordes. Et à l’aube de son apparition, elle semblait infiniment éloignée de la réalité. Sa naissance même est une légende.

Graphique de la fonction bêta d'Euler avec de vrais arguments

À la fin des années 1960, un jeune physicien théoricien italien, Gabriele Veneziano, cherchait des équations pouvant expliquer la forte force nucléaire, la « colle » extrêmement puissante qui maintient ensemble les noyaux des atomes, liant les protons et les neutrons. Selon la légende, il serait un jour tombé par hasard sur un livre poussiéreux sur l'histoire des mathématiques, dans lequel il aurait trouvé une fonction vieille de deux cents ans, écrite pour la première fois par le mathématicien suisse Leonhard Euler. Imaginez la surprise de Veneziano lorsqu'il découvrit que la fonction d'Euler, longtemps considérée comme une simple curiosité mathématique, décrivait cette forte interaction.

Comment c’était vraiment ? La formule était probablement le résultat de nombreuses années de travail de Veneziano, et le hasard n'a fait que contribuer à faire le premier pas vers la découverte de la théorie des cordes. La fonction d'Euler, qui expliquait miraculeusement la force forte, a retrouvé une nouvelle vie.

Finalement, elle a attiré l'attention du jeune physicien théoricien américain Leonard Susskind, qui a vu que, tout d'abord, la formule décrivait des particules qui n'avaient pas de structure interne et pouvaient vibrer. Ces particules se comportaient de telle manière qu’elles ne pouvaient pas être de simples particules ponctuelles. Susskind a compris : la formule décrit un fil qui ressemble à un élastique. Elle pouvait non seulement s'étirer et se contracter, mais aussi osciller et se tortiller. Après avoir décrit sa découverte, Susskind a introduit l'idée révolutionnaire des cordes.

Malheureusement, l’écrasante majorité de ses collègues ont accueilli cette théorie avec beaucoup de sang-froid.

Modèle standard

À l’époque, la science conventionnelle représentait les particules comme des points plutôt que comme des cordes. Depuis des années, les physiciens étudient le comportement des particules subatomiques en les heurtant à des vitesses élevées et étudient les conséquences de ces collisions. Il s’est avéré que l’Univers est bien plus riche qu’on pourrait l’imaginer. Il s’agissait d’une véritable « explosion démographique » de particules élémentaires. Les étudiants diplômés en physique ont couru dans les couloirs en criant qu'ils avaient découvert une nouvelle particule - il n'y avait même pas assez de lettres pour les désigner. Mais, hélas, dans la « maternité » des nouvelles particules, les scientifiques n'ont jamais pu trouver la réponse à la question : pourquoi y en a-t-il autant et d'où viennent-elles ?

Cela a incité les physiciens à faire une prédiction inhabituelle et surprenante : ils ont réalisé que les forces à l’œuvre dans la nature pouvaient également s’expliquer en termes de particules. Autrement dit, il existe des particules de matière et des particules qui transportent des interactions. Par exemple, un photon est une particule de lumière. Plus il y a de ces particules porteuses – les mêmes photons que les particules de matière échangent – plus la lumière est brillante. Les scientifiques ont prédit que cet échange particulier de particules porteuses n’est rien d’autre que ce que nous percevons comme une force. Cela a été confirmé par des expériences. C’est ainsi que les physiciens ont réussi à se rapprocher du rêve d’Einstein d’unir les forces.

Les scientifiques pensent que si nous avançons rapidement juste après le Big Bang, lorsque l’Univers était plus chaud de plusieurs milliards de degrés, les particules qui transportent l’électromagnétisme et la force faible deviendront indiscernables et se combineront en une seule force appelée force électrofaible. Et si nous remontons encore plus loin dans le temps, l’interaction électrofaible se combinerait avec l’interaction forte pour former une « superforce » totale.

Même si tout cela reste encore à prouver, la mécanique quantique a soudainement expliqué comment trois des quatre forces interagissent au niveau subatomique. Et elle l’a expliqué de manière magnifique et cohérente. Cette image cohérente des interactions est finalement devenue connue sous le nom de modèle standard. Mais, hélas, cette théorie parfaite avait un gros problème : elle n’incluait pas la force la plus célèbre au niveau macro : la gravité.

Interactions entre différentes particules dans le modèle standard
Graviton

Pour la théorie des cordes, qui n’avait pas encore eu le temps de « fleurir », l’« automne » est arrivée ; elle contenait dès sa naissance trop de problèmes ; Par exemple, les calculs de la théorie prédisaient l’existence de particules qui, comme on l’a vite établi, n’existent pas. C'est ce qu'on appelle le tachyon, une particule qui se déplace dans le vide plus rapidement que la lumière. Entre autres choses, il s’est avéré que la théorie nécessite jusqu’à 10 dimensions. Il n’est pas surprenant que cela ait été très déroutant pour les physiciens, car c’est évidemment plus grand que ce que nous voyons.

En 1973, seuls quelques jeunes physiciens étaient encore aux prises avec les mystères de la théorie des cordes. L’un d’eux était le physicien théoricien américain John Schwartz. Pendant quatre ans, Schwartz a tenté d’apprivoiser ces équations indisciplinées, mais en vain. Entre autres problèmes, l’une de ces équations persistait à décrire une particule mystérieuse qui n’avait pas de masse et n’avait pas été observée dans la nature.

Le scientifique avait déjà décidé d'abandonner son entreprise désastreuse, puis il s'est rendu compte : peut-être que les équations de la théorie des cordes décrivent également la gravité ? Cependant, cela impliquait une révision des dimensions des principaux « héros » de la théorie – les cordes. En supposant que les cordes sont des milliards et des milliards de fois plus petites qu’un atome, les « cordes » ont transformé le désavantage de la théorie en son avantage. La particule mystérieuse dont John Schwartz avait tant essayé de se débarrasser agissait désormais comme un graviton - une particule recherchée depuis longtemps et qui permettrait de transférer la gravité au niveau quantique. C’est ainsi que la théorie des cordes a complété le puzzle de la gravité, qui manquait dans le modèle standard. Mais, hélas, même à cette découverte, la communauté scientifique n’a réagi d’aucune façon. La théorie des cordes restait au bord de la survie. Mais cela n'a pas arrêté Schwartz. Un seul scientifique voulait se joindre à ses recherches, prêt à risquer sa carrière au nom de ficelles mystérieuses : Michael Green.

Poupées gigognes subatomiques

Malgré tout, au début des années 1980, la théorie des cordes présentait encore des contradictions insolubles, appelées anomalies scientifiques. Schwartz et Green entreprirent de les éliminer. Et leurs efforts n’ont pas été vains : les scientifiques ont réussi à éliminer certaines contradictions de la théorie. Imaginez la stupéfaction de ces deux-là, déjà habitués au fait que leur théorie soit ignorée, lorsque la réaction de la communauté scientifique a fait exploser le monde scientifique. En moins d’un an, le nombre de théoriciens des cordes est passé à des centaines de personnes. C’est alors que la théorie des cordes reçut le titre de Théorie du Tout. La nouvelle théorie semblait capable de décrire toutes les composantes de l'univers. Et ce sont les composants.

Si petit que si un atome était agrandi à la taille du système solaire, la corde aurait la taille d’un arbre. Tout comme les différentes vibrations d'une corde de violoncelle créent ce que nous entendons, tout comme différentes notes de musique, différents modes (modes) de vibration d'une corde confèrent aux particules leurs propriétés uniques - masse, charge, etc. Savez-vous en quoi, relativement parlant, les protons au bout de votre ongle diffèrent du graviton encore inconnu ? Uniquement par l’ensemble des minuscules cordes qui les composent et la façon dont ces cordes vibrent.

Bien entendu, tout cela est plus que surprenant. Depuis l'époque de la Grèce antique, les physiciens se sont habitués au fait que tout dans ce monde est constitué de quelque chose comme des boules, de minuscules particules. Et ainsi, n'ayant pas eu le temps de s'habituer au comportement illogique de ces boules, qui découle de la mécanique quantique, on leur demande d'abandonner complètement le paradigme et de fonctionner avec des sortes de restes de spaghetti...

Cinquième Dimension

Bien que de nombreux scientifiques considèrent la théorie des cordes comme un triomphe des mathématiques, certains problèmes subsistent, notamment l'absence de toute possibilité de la tester expérimentalement dans un avenir proche. Pas un seul instrument au monde, ni existant ni susceptible d’apparaître dans le futur, n’est capable de « voir » les cordes. Par conséquent, certains scientifiques se posent même la question : la théorie des cordes est-elle une théorie de la physique ou de la philosophie ?.. Certes, il n'est pas du tout nécessaire de voir les cordes « de vos propres yeux ». Prouver la théorie des cordes nécessite plutôt autre chose – ce qui ressemble à de la science-fiction – la confirmation de l’existence de dimensions supplémentaires de l’espace.

De quoi s'agit-il? Nous sommes tous habitués à trois dimensions d’espace et à une seule – le temps. Mais la théorie des cordes prédit la présence d’autres dimensions supplémentaires. Mais commençons dans l'ordre.

En fait, l’idée de l’existence d’autres dimensions est née il y a près de cent ans. Cette idée est venue à l’esprit du mathématicien allemand Theodor Kaluza, alors inconnu, en 1919. Il a suggéré la possibilité d'une autre dimension dans notre Univers que nous ne voyons pas. Albert Einstein a entendu parler de cette idée et, au début, il l'a vraiment aimé. Plus tard, cependant, il a douté de son exactitude et a retardé la publication de Kaluza de deux années entières. Cependant, l’article a finalement été publié et la dimension supplémentaire est devenue une sorte de passe-temps pour le génie de la physique.

Comme vous le savez, Einstein a montré que la gravité n’est rien d’autre qu’une déformation des dimensions de l’espace-temps. Kaluza a suggéré que l'électromagnétisme pourrait également être une ondulation. Pourquoi ne le voyons-nous pas ? Kaluza a trouvé la réponse à cette question : les ondulations de l’électromagnétisme pourraient exister dans une dimension supplémentaire et cachée. Mais où est-il ?

La réponse à cette question a été donnée par le physicien suédois Oskar Klein, qui a suggéré que la cinquième dimension de Kaluza est pliée des milliards de fois plus que la taille d'un seul atome, c'est pourquoi nous ne pouvons pas la voir. L’idée de cette petite dimension qui nous entoure est au cœur de la théorie des cordes.

Une des formes proposées de dimensions torsadées supplémentaires. À l’intérieur de chacune de ces formes, une corde vibre et se déplace – la principale composante de l’Univers. Chaque forme est à six dimensions - selon le nombre de six dimensions supplémentaires

Dix dimensions

Mais en fait, les équations de la théorie des cordes nécessitent même pas une, mais six dimensions supplémentaires (au total, avec les quatre que nous connaissons, il y en a exactement 10). Ils ont tous une forme complexe très tordue et courbée. Et tout est incroyablement petit.

Comment ces minuscules mesures peuvent-elles influencer notre grand monde ? Selon la théorie des cordes, c'est décisif : pour elle, la forme détermine tout. Lorsque vous appuyez sur différentes touches d'un saxophone, vous obtenez des sons différents. Cela se produit parce que lorsque vous appuyez sur une touche ou une combinaison de touches particulière, vous modifiez la forme de l'espace de l'instrument de musique où circule l'air. Grâce à cela, différents sons naissent.

La théorie des cordes suggère que d’autres dimensions courbes et tordues de l’espace se manifestent de la même manière. Les formes de ces dimensions supplémentaires sont complexes et variées, et chacune fait vibrer différemment la corde située dans ces dimensions, précisément en raison de leurs formes. Après tout, si nous supposons, par exemple, qu'une corde vibre à l'intérieur d'une cruche et l'autre à l'intérieur d'un cornet incurvé, ce seront des vibrations complètement différentes. Cependant, si l'on en croit la théorie des cordes, les formes des dimensions supplémentaires semblent en réalité beaucoup plus complexes qu'une cruche.

Comment fonctionne le monde

La science connaît aujourd’hui un ensemble de nombres qui constituent les constantes fondamentales de l’Univers. Ce sont eux qui déterminent les propriétés et les caractéristiques de tout ce qui nous entoure. Parmi ces constantes figurent par exemple la charge d'un électron, la constante gravitationnelle, la vitesse de la lumière dans le vide... Et si nous modifions ces chiffres, même d'un nombre de fois insignifiant, les conséquences seront catastrophiques. Supposons que nous augmentions la force de l’interaction électromagnétique. Ce qui s'est passé? Nous pouvons soudainement constater que les ions commencent à se repousser plus fortement et que la fusion nucléaire, qui fait briller les étoiles et rayonne de la chaleur, échoue soudainement. Toutes les étoiles s'éteindront.

Mais qu’est-ce que la théorie des cordes, avec ses dimensions supplémentaires, a à voir là-dedans ? Le fait est que, selon lui, ce sont les dimensions supplémentaires qui déterminent la valeur exacte des constantes fondamentales. Certaines formes de mesure font vibrer une corde d’une certaine manière et produisent ce que nous considérons comme un photon. Sous d’autres formes, les cordes vibrent différemment et produisent un électron. En vérité, Dieu est dans les « petites choses » – ce sont ces petites formes qui déterminent toutes les constantes fondamentales de ce monde.

Théorie des supercordes

Au milieu des années 1980, la théorie des cordes a pris une apparence grandiose et ordonnée, mais à l’intérieur du monument régnait la confusion. En quelques années seulement, cinq versions de la théorie des cordes ont vu le jour. Et bien que chacun d'eux soit construit sur des cordes et des dimensions supplémentaires (les cinq versions sont combinées dans la théorie générale des supercordes - NS), ces versions divergent considérablement dans les détails.

Ainsi, dans certaines versions, les cordes avaient des extrémités ouvertes, dans d'autres elles ressemblaient à des anneaux. Et dans certaines versions, la théorie exigeait même non pas 10, mais jusqu'à 26 dimensions. Le paradoxe est que les cinq versions actuelles peuvent être considérées comme également vraies. Mais lequel décrit réellement notre Univers ? C'est un autre mystère de la théorie des cordes. C’est pourquoi de nombreux physiciens ont encore une fois renoncé à cette théorie « folle ».

Mais le principal problème des cordes, comme déjà mentionné, est l’impossibilité (du moins pour l’instant) de prouver expérimentalement leur présence.

Certains scientifiques, cependant, affirment encore que la prochaine génération d'accélérateurs dispose d'une opportunité très minime, mais toujours de tester l'hypothèse de dimensions supplémentaires. Bien que la majorité, bien sûr, soit sûre que si cela est possible, cela n'arrivera hélas pas très bientôt - au moins dans des décennies, au maximum - même dans cent ans.

La physique théorique est obscure pour beaucoup, mais elle revêt en même temps une importance primordiale dans l’étude du monde qui nous entoure. La tâche de tout physicien théoricien est de construire un modèle mathématique, une théorie capable d'expliquer certains processus dans la nature.

Besoin

Comme vous le savez, les lois physiques du macrocosme, c'est-à-dire du monde dans lequel nous existons, diffèrent considérablement des lois de la nature du microcosme, dans lequel vivent les atomes, les molécules et les particules élémentaires. Un exemple serait un principe difficile à comprendre appelé dualisme des ondes carpusculaires, selon lequel les micro-objets (électrons, protons et autres) peuvent être à la fois des particules et des ondes.

Comme nous, les physiciens théoriciens veulent décrire le monde de manière brève et claire, ce qui est l’objectif principal de la théorie des cordes. Avec son aide, il est possible d'expliquer certains processus physiques, tant au niveau du macromonde qu'au niveau du micromonde, ce qui le rend universel, unissant d'autres théories auparavant indépendantes (relativité générale et mécanique quantique).

L'essence

Selon la théorie des cordes, le monde entier n'est pas construit à partir de particules, comme on le croit aujourd'hui, mais à partir d'objets infiniment minces de 10 à 35 m de long qui ont la capacité de vibrer, ce qui nous permet de faire une analogie avec les cordes. Grâce à un mécanisme mathématique complexe, ces vibrations peuvent être associées à l'énergie, et donc à la masse, en d'autres termes, toute particule résulte de l'un ou l'autre type de vibration d'une corde quantique.

Problèmes et fonctionnalités

Comme toute théorie non confirmée, la théorie des cordes présente un certain nombre de problèmes qui indiquent qu’elle nécessite des améliorations. Ces problèmes incluent, par exemple, les suivants : à la suite de calculs, mathématiquement, il est apparu un nouveau type de particules qui ne peuvent pas exister dans la nature - les tachyons, dont le carré de la masse est inférieur à zéro et dont la vitesse de déplacement dépasse la vitesse de la lumière.

Un autre problème important, ou plutôt une caractéristique importante, est l'existence de la théorie des cordes uniquement dans un espace à 10 dimensions. Pourquoi percevons-nous d’autres dimensions ? « Les scientifiques sont arrivés à la conclusion qu’à très petite échelle, ces espaces se replient et se referment sur eux-mêmes, rendant impossible leur identification.

Développement

Il existe deux types de particules : les fermions - particules de matière, et les bosons - porteurs d'interaction. Par exemple, un photon est un boson qui transporte une interaction électromagnétique, un graviton est gravitationnel, ou le même boson de Higgs qui transporte une interaction avec le champ de Higgs. Ainsi, si la théorie des cordes ne prenait en compte que les bosons, alors la théorie des supercordes prenait également en compte les fermions, ce qui permettait de s'affranchir des tachyons.

La version finale du principe des supercordes a été développée par Edward Witten et est appelée « théorie m », selon laquelle une 11ème dimension devrait être introduite pour unifier toutes les différentes versions de la théorie des supercordes.

Nous pouvons probablement terminer ici. Les travaux visant à résoudre les problèmes et à affiner le modèle mathématique existant sont menés avec diligence par des physiciens théoriciens du monde entier. Peut-être que bientôt nous pourrons enfin comprendre la structure du monde qui nous entoure, mais en regardant l'étendue et la complexité de ce qui précède, il est évident que la description du monde qui en résulte ne sera pas compréhensible sans une certaine base de connaissances en le domaine de la physique et des mathématiques.

Avez-vous déjà pensé que l'univers était comme un violoncelle ? C'est vrai, elle n'est pas venue. Parce que l'univers n'est pas comme un violoncelle. Mais cela ne veut pas dire qu’il n’y a pas de cordes.

Bien entendu, les cordes de l’univers ne ressemblent guère à celles que nous imaginons. Dans la théorie des cordes, ce sont des fils d’énergie vibrants incroyablement petits. Ces fils ressemblent davantage à de minuscules « bandes élastiques », capables de se tortiller, de s’étirer et de se comprimer de toutes sortes de manières.
. Tout cela ne signifie cependant pas qu'il est impossible de « jouer » sur eux la symphonie de l'univers, car, selon les théoriciens des cordes, tout ce qui existe est constitué de ces « fils ».

Une contradiction en physique.
Dans la seconde moitié du XIXe siècle, il semblait aux physiciens que rien de sérieux ne pouvait plus être découvert dans leur science. La physique classique croyait qu'il n'y avait plus de problèmes sérieux et que la structure entière du monde ressemblait à une machine parfaitement régulée et prévisible. Le problème, comme d'habitude, est survenu à cause d'un non-sens - l'un des petits "nuages" qui restaient encore dans le ciel clair et compréhensible de la science. À savoir, lors du calcul de l'énergie de rayonnement d'un corps absolument noir (un corps hypothétique qui, à n'importe quelle température, absorbe complètement le rayonnement incident sur lui, quelle que soit la longueur d'onde - NS. Les calculs ont montré que l'énergie de rayonnement totale de tout corps absolument noir doit être infiniment grand. Pour s'échapper En raison d'une telle absurdité évidente, le scientifique allemand Max Planck a suggéré en 1900 que la lumière visible, les rayons X et d'autres ondes électromagnétiques ne pouvaient être émises que par certaines parties discrètes de l'énergie, qu'il a appelées quanta avec leur aide. , il était possible de résoudre le problème particulier d'un corps absolument noir. L'hypothèse quantique du déterminisme n'était pas encore comprise jusqu'à ce qu'un autre scientifique allemand, Werner Heisenberg, formule le célèbre principe d'incertitude en 1926.

Son essence se résume au fait que, contrairement à toutes les affirmations dominantes jusqu'à présent, la nature limite notre capacité à prédire l'avenir sur la base de lois physiques. Nous parlons bien sûr du futur et du présent des particules subatomiques. Il s’est avéré qu’ils se comportent complètement différemment de la façon dont les choses se comportent dans le macrocosme qui nous entoure. Au niveau subatomique, la structure de l’espace devient inégale et chaotique. Le monde des minuscules particules est si turbulent et incompréhensible qu’il défie le bon sens. L'espace et le temps y sont tellement tordus et entrelacés qu'il n'y a pas de concepts ordinaires de gauche et de droite, de haut en bas, ou même d'avant et d'après. Il n’existe aucun moyen de dire avec certitude à quel point de l’espace se trouve actuellement une particule particulière ni quel est son moment cinétique. Il n'y a qu'une certaine probabilité de trouver une particule dans de nombreuses régions de l'espace-temps. Les particules au niveau subatomique semblent « se propager » dans tout l’espace. De plus, le « statut » des particules lui-même n’est pas défini : dans certains cas, elles se comportent comme des ondes, dans d’autres, elles présentent les propriétés de particules. C’est ce que les physiciens appellent la dualité onde-particule de la mécanique quantique.

Dans la théorie de la relativité générale, comme dans un État aux lois opposées, la situation est fondamentalement différente. L'espace ressemble à un trampoline : un tissu lisse qui peut être plié et étiré par des objets massifs. Ils créent des déformations dans l’espace-temps – ce que nous considérons comme la gravité. Inutile de dire que la théorie de la relativité générale harmonieuse, correcte et prévisible est en conflit insoluble avec le « Crazy Hooligan » - la mécanique quantique, et, par conséquent, le macromonde ne peut pas « faire la paix » avec le micromonde. C’est là que la théorie des cordes vient à la rescousse.

Théorie de tout.
La théorie des cordes incarne le rêve de tous les physiciens d’unifier les deux théories fondamentalement contradictoires de la mécanique quantique et de la mécanique quantique, un rêve qui a hanté le plus grand « Gitan et le Clochard », Albert Einstein, jusqu’à la fin de ses jours.

Oto décrit l'une des forces les plus célèbres de l'univers : la gravité. La mécanique quantique décrit trois autres forces : la force nucléaire forte, qui colle les protons et les neutrons dans les atomes, l'électromagnétisme et la force faible, qui est impliquée dans la désintégration radioactive. Tout événement dans l'univers, de l'ionisation d'un atome à la naissance d'une étoile, est décrit par les interactions de la matière à travers ces quatre forces. À l'aide des mathématiques les plus complexes, il a été possible de montrer que les interactions électromagnétiques et faibles ont une nature commune, les combinant en une seule interaction électrofaible. Par la suite, une forte interaction nucléaire leur a été ajoutée - mais la gravité ne les rejoint en aucun cas. La théorie des cordes est l'un des candidats les plus sérieux pour relier les quatre forces et, par conséquent, englober tous les phénomènes de l'univers - ce n'est pas pour rien qu'elle est également appelée la « Théorie du Tout ».

Au début, il y avait un mythe.
Jusqu’à présent, tous les physiciens ne sont pas ravis de la théorie des cordes. Et à l’aube de son apparition, elle semblait infiniment éloignée de la réalité. Sa naissance même est une légende.

À la fin des années 1960, le jeune physicien théoricien italien Gabriele Veneziano cherchait des équations qui pourraient expliquer la forte force nucléaire - la « colle » extrêmement puissante qui maintient ensemble les noyaux des atomes, liant les protons et les neutrons. Selon la légende, il serait tombé par hasard sur un livre poussiéreux sur l'histoire des mathématiques, dans lequel il aurait trouvé une équation vieille de deux cents ans, écrite pour la première fois par le mathématicien suisse Leonhard Euler. Imaginez la surprise de Veneziano lorsqu'il découvrit que l'équation d'Euler, longtemps considérée comme une simple curiosité mathématique, décrivait cette forte interaction.

Comment c’était vraiment ? L'équation était probablement le résultat de nombreuses années de travail de Veneziano, et le hasard n'a fait que contribuer au premier pas vers la découverte de la théorie des cordes. L'équation d'Euler, qui expliquait miraculeusement la force forte, prit une nouvelle vie.

Finalement, elle a attiré l'attention du jeune physicien et théoricien américain Leonard Susskind, qui a vu que, tout d'abord, la formule décrivait des particules qui n'avaient pas de structure interne et pouvaient vibrer. Ces particules se comportaient de telle manière qu’elles ne pouvaient pas être de simples particules ponctuelles. Susskind a compris : la formule décrit un fil qui ressemble à un élastique. Elle pouvait non seulement s'étirer et se contracter, mais aussi osciller et se tortiller. Après avoir décrit sa découverte, Susskind a introduit l'idée révolutionnaire des cordes.

Malheureusement, l’écrasante majorité de ses collègues ont accueilli cette théorie avec beaucoup de sang-froid.

Modèle standard.
À l’époque, la science conventionnelle représentait les particules comme des points plutôt que comme des cordes. Depuis des années, les physiciens étudient le comportement des particules subatomiques en les heurtant à des vitesses élevées et étudient les conséquences de ces collisions. Il s’est avéré que l’univers est bien plus riche qu’on pourrait l’imaginer. Il s’agissait d’une véritable « explosion démographique » de particules élémentaires. Les étudiants diplômés des universités de physique ont couru dans les couloirs en criant qu'ils avaient découvert une nouvelle particule - il n'y avait même pas assez de lettres pour les désigner.

Mais, hélas, dans la « Maternité » des nouvelles particules, les scientifiques n'ont jamais pu trouver la réponse à la question : pourquoi y en a-t-il autant et d'où viennent-elles ?

Cela a incité les physiciens à faire une prédiction inhabituelle et surprenante : ils ont réalisé que les forces à l’œuvre dans la nature pouvaient également s’expliquer en termes de particules. Autrement dit, il existe des particules de matière et des particules porteuses d'interactions. Tel est, par exemple, un photon - une particule de lumière. Plus il y a de ces particules - porteuses - des mêmes photons échangés par les particules de matière, plus la lumière est brillante. Les scientifiques ont prédit que cet échange de particules - porteurs - n'est rien d'autre que ce que nous percevons comme une force. Cela a été confirmé par des expériences. C’est ainsi que les physiciens ont réussi à se rapprocher du rêve d’Einstein d’unir les forces.

Les scientifiques pensent que si nous retournons juste après le big bang, lorsque l’univers était plus chaud de plusieurs milliards de degrés, les particules qui transportent l’électromagnétisme et la force faible deviendront indiscernables et se combineront en une seule force appelée force électrofaible. Et si nous remontons encore plus loin dans le temps, alors l’interaction électrofaible se combinerait avec l’interaction forte pour former une « Superforce » totale.

Même si tout cela reste encore à prouver, la mécanique quantique a soudainement expliqué comment trois des quatre forces interagissent au niveau subatomique. Et elle l’a expliqué de manière magnifique et cohérente. Cette image cohérente des interactions est finalement devenue le modèle standard. Mais, hélas, cette théorie parfaite avait un gros problème : elle n’incluait pas la force la plus célèbre au niveau macro : la gravité.

Graviton.
Pour la théorie des cordes, qui n’a pas eu le temps de « fleurir », l’« automne » est arrivée ; elle contenait dès sa naissance trop de problèmes ; Par exemple, les calculs de la théorie prédisaient l’existence de particules qui, comme on l’a vite établi, n’existent pas. C'est ce qu'on appelle le tachyon, une particule qui se déplace dans le vide plus rapidement que la lumière. Entre autres choses, il s’est avéré que la théorie nécessite jusqu’à 10 dimensions. Il n’est pas surprenant que cela ait été très déroutant pour les physiciens, car c’est évidemment plus grand que ce que nous voyons.

Le scientifique avait déjà décidé d'abandonner son entreprise désastreuse, puis il s'est rendu compte : peut-être que les équations de la théorie des cordes décrivent également la gravité ? Cependant, cela impliquait une révision des dimensions des principaux « héros » de la théorie : les cordes. En suggérant que les cordes sont des milliards et des milliards de fois plus petites qu'un atome, les Stringers ont transformé le défaut de la théorie en son avantage. La particule mystérieuse dont John Schwartz avait tant essayé de se débarrasser agissait désormais comme un graviton - une particule recherchée depuis longtemps et qui permettrait de transférer la gravité au niveau quantique. C’est ainsi que la théorie des cordes a complété le puzzle de la gravité, qui manquait dans le modèle standard. Mais, hélas, même à cette découverte, la communauté scientifique n’a réagi d’aucune façon. La théorie des cordes restait au bord de la survie. Mais cela n'a pas arrêté Schwartz. Un seul scientifique voulait se joindre à ses recherches, prêt à risquer sa carrière au nom de ficelles mystérieuses : Michael Green.

Poupées gigognes subatomiques.
Malgré tout, au début des années 1980, la théorie des cordes présentait encore des contradictions insolubles, appelées anomalies scientifiques. Schwartz et Green entreprirent de les éliminer. Et leurs efforts n’ont pas été vains : les scientifiques ont réussi à éliminer certaines contradictions de la théorie. Imaginez la stupéfaction de ces deux-là, déjà habitués au fait que leur théorie soit ignorée, lorsque la réaction de la communauté scientifique a fait exploser le monde scientifique. En moins d’un an, le nombre de théoriciens des cordes est passé à des centaines de personnes. C’est alors que la théorie des cordes reçut le titre de théorie du tout. La nouvelle théorie semblait capable de décrire toutes les composantes de l'univers. Et ce sont les composants.

Comme nous le savons, chaque atome est constitué de particules encore plus petites - des électrons qui tourbillonnent autour d'un noyau constitué de protons et de neutrons. Les protons et les neutrons, quant à eux, sont constitués de particules encore plus petites : les quarks. Mais la théorie des cordes dit que cela ne s’arrête pas aux quarks. Les quarks sont constitués de minuscules brins d'énergie frétillants qui ressemblent à des cordes. Chacune de ces chaînes est incroyablement petite. Si petit que si un atome était agrandi à la taille du système solaire, la corde aurait la taille d’un arbre. Tout comme les différentes vibrations d'une corde de violoncelle créent ce que nous entendons, tout comme différentes notes de musique, différents modes (modes) de vibration d'une corde confèrent aux particules leurs propriétés uniques - masse, charge, etc. Savez-vous en quoi, relativement parlant, les protons au bout de votre ongle diffèrent du graviton encore inconnu ? Uniquement par l’ensemble des minuscules cordes qui les composent et la façon dont ces cordes vibrent.

Bien entendu, tout cela est plus que surprenant. Depuis l'époque de la Grèce antique, les physiciens se sont habitués au fait que tout dans ce monde est constitué de quelque chose comme des boules, de minuscules particules. Et ainsi, n'ayant pas le temps de s'habituer au comportement illogique de ces boules, qui découle de la mécanique quantique, il leur est demandé d'abandonner complètement le paradigme et de fonctionner avec des sortes de restes de spaghetti.

Comment fonctionne le monde.
La science connaît aujourd’hui un ensemble de nombres qui constituent les constantes fondamentales de l’univers. Ce sont eux qui déterminent les propriétés et les caractéristiques de tout ce qui nous entoure. Parmi ces constantes figurent, par exemple, la charge d’un électron, la constante gravitationnelle et la vitesse de la lumière dans le vide. Et si nous modifions ces chiffres, même un nombre insignifiant de fois, les conséquences seront catastrophiques. Supposons que nous augmentions la force de l’interaction électromagnétique. Ce qui s'est passé? Nous pouvons soudainement constater que les ions commencent à se repousser plus fortement et que la fusion nucléaire, qui fait briller les étoiles et rayonne de la chaleur, échoue soudainement. Toutes les étoiles s'éteindront.

Mais qu’est-ce que la théorie des cordes, avec ses dimensions supplémentaires, a à voir là-dedans ? Le fait est que, selon lui, ce sont les dimensions supplémentaires qui déterminent la valeur exacte des constantes fondamentales. Certaines formes de mesure font vibrer une corde d’une certaine manière et produisent ce que nous considérons comme un photon. Sous d’autres formes, les cordes vibrent différemment et produisent un électron. En vérité, Dieu est caché dans les « petites choses » : ce sont ces petites formes qui déterminent toutes les constantes fondamentales de ce monde.

Théorie des supercordes.
Au milieu des années 1980, la théorie des cordes a pris une apparence grandiose et ordonnée, mais à l’intérieur du monument régnait la confusion. En quelques années seulement, cinq versions de la théorie des cordes ont vu le jour. Et bien que chacun d'eux soit construit sur des cordes et des dimensions supplémentaires (les cinq versions sont combinées dans la théorie générale des supercordes - NS), ces versions divergent considérablement dans les détails.

Ainsi, dans certaines versions, les cordes avaient des extrémités ouvertes, dans d'autres elles ressemblaient à des anneaux. Et dans certaines versions, la théorie exigeait même non pas 10, mais jusqu'à 26 dimensions. Le paradoxe est que les cinq versions actuelles peuvent être considérées comme également vraies. Mais lequel décrit réellement notre univers ? C'est un autre mystère de la théorie des cordes. C’est pourquoi de nombreux physiciens ont encore une fois abandonné la théorie de la « folie ».

Mais le principal problème des cordes, comme déjà mentionné, est l’impossibilité (du moins pour l’instant) de prouver expérimentalement leur présence.